Obwody cyfrowe lub elektronika cyfrowa to gałąź elektroniki, która zajmuje się sygnałami cyfrowymi w celu wykonania różnych zadań w celu spełnienia różnych wymagań. Sygnał wejściowy doprowadzany do tych obwodów ma postać cyfrową, która jest reprezentowana w formacie binarnym 0 i 1. Te obwody są projektowane przy użyciu bramki logiczne jak bramki AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR, które wykonują operacje logiczne. Ta reprezentacja pomaga obwodowi w przełączaniu się z jednego stanu do drugiego, zapewniając precyzyjne wyjście. Układy cyfrowe są projektowane głównie w celu przezwyciężenia wad systemów analogowych, które są wolniejsze, a otrzymywane dane wyjściowe mogą zawierać błąd.

Co to jest obwód cyfrowy?

Definicja : Obwód cyfrowy jest projektowany przy użyciu wielu bramek logicznych na jednym układ scalony - IC. Wejście do dowolnego obwodu cyfrowego ma postać binarną „0” i „1”. Wynik uzyskany podczas przetwarzania surowych danych cyfrowych ma precyzyjną wartość. Obwody te można przedstawić na 2 sposoby, w sposób kombinacyjny lub sekwencyjny.

Podstawy obwodów cyfrowych

Projektowanie obwodów cyfrowych rozpoczęto po raz pierwszy od projektu przekaźniki, później lampy próżniowe, Logika tranzystorowo-tranzystorowa TTL , Logika sprzężona z emiterem i Logika CMOS. Te projekty wykorzystują dużą liczbę bramek logicznych, takich jak AND, OR, NOT, itp. Zintegrowanych w jednym układzie scalonym. Wejście i wyjście danych cyfrowych są reprezentowane w formacie logiczna tabela prawdy i wykres czasowy.

“jak podłączyć przełącznik spst? ”

Poziom logiczny

Dane cyfrowe są przedstawiane w formacie logicznym, czyli w formacie „0” i „1”. Gdzie logika 0 oznacza, że sygnał jest niski lub „GND”, a logika 1 oznacza, że sygnał jest wysoki lub podłączony do zasilania „VCC”, jak pokazano poniżej

Poziom logiczny

Tablica prawdy logicznej

Logiczna tablica prawdy to matematyczna reprezentacja działania sygnału cyfrowego po przejściu przez obwód cyfrowy. Tabela składa się z 3 kolumn, są to kolumna zegara, kolumna wejściowa i kolumna wyjściowa. Na przykład tablica logiczna NOT bramy jest przedstawiona w następujący sposób

Sygnał zegara

Logika wejściowa

Logika wyjściowa

Wysoki

Diagram czasowy

Zachowanie sygnału cyfrowego jest reprezentowane w formacie domeny czasu, na przykład, jeśli weźmiemy pod uwagę tablicę prawdy bramek logicznych NOT, wykres taktowania jest przedstawiony w następujący sposób, gdy zegar jest wysoki, wejście jest niskie, a następnie wyjście jest wysokie. Podobnie, gdy wejście jest wysokie, wyjście spada.

Diagram czasowy

Bramy

Bramka logiczna to komponent elektroniczny zaimplementowany za pomocą funkcji boolowskiej. Bramki są zwykle realizowane za pomocą diod, tranzystorów i przekaźników. Istnieją różne typy bramek logicznych: AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Wśród których AND, OR, NOT są podstawowymi bramkami, a NAND i NOR są bramkami uniwersalnymi. Rozważmy reprezentację bramki AND jak poniżej, która ma 2 wejścia i jedno wyjście.

Brama AND

Sygnał zegara	Logika wejściowa 1	Logika wejściowa 2	Logika wyjściowa
Wysoki	0	0	0
Wysoki	0	1	0
Wysoki	1	0	0
Wysoki	1	1	1

Tabela prawdy bramki AND

Diagram czasowy bramki AND

Istnieje wiele sposobów konstruowania obwodu cyfrowego, który wykorzystuje bramki logiczne poprzez tworzenie logiki kombinacyjnej, sekwencyjny obwód logiczny lub przez programowalne urządzenie logiczne, które używa tablic przeglądowych, lub przy użyciu kombinacji wielu układów scalonych itp. są zaprojektowane przy użyciu formatu obwodu kombinacyjnego i sekwencyjnego, jak pokazano poniżej

Obwód logiki kombinacyjnej

Jest to kombinacja różnych bramek logicznych, takich jak AND, OR, NOT. Projekt logiki kombinacyjnej jest wykonany w taki sposób, że wynik zależy od aktualnego wejścia, a logika jest niezależna od czasu. Kombinacyjne układy logiczne są podzielone na 3 typy

Obwód logiki kombinacyjnej

Funkcje arytmetyczne i logiczne: Dodatki, Odejmowanie , Komparatory , PLD
Transmisje danych: Multipleksery, demultipleksery , Enkodery, dekodery
Konwertery kodu: Dwójkowy , BCD 7-segmentowy.

Obwód sekwencyjny

Projekt obwód sekwencyjny różni się od obwodu kombinacyjnego. W układzie sekwencyjnym logika wyjściowa zależy zarówno od obecnych, jak i przeszłych wartości wejściowych. Składa się również z elementu pamięci, który przechowuje przetwarzanie i przetwarzane dane. Obwody sekwencyjne są podzielone na 2 typy:

Obwód synchroniczny
Obwód asynchroniczny

Niektóre przykłady obwodów sekwencyjnych to przerzutniki, zegary , liczniki itp.

Schemat obwodu sekwencyjnego

Projektowanie obwodów cyfrowych

Obwody cyfrowe mogą być projektowane w następujący sposób

Używanie sekwencyjnej reprezentacji systemu i kombinacyjnej reprezentacji systemu
Korzystanie z metod matematycznych poprzez redukcję logicznych algorytmów nadmiarowości, takich jak Mapa K , Algebra Boole'a , Algorytm QM, binarne diagramy decyzyjne itp.
Korzystanie z maszyn przepływu danych, które składają się z rejestrów i autobusy lub drut. Dane są przekazywane między różnymi komponentami za pomocą szyn i rejestrów. Maszyny te są zaprojektowane przy użyciu języków opisu sprzętu, takich jak VHDL lub Verilog .
Komputer jest maszyną logiczną przesyłania rejestru ogólnego przeznaczenia, zaprojektowaną przy użyciu rozszerzenia mikroprogram i procesor mikrosekwensera.

Problemy z projektowaniem obwodów cyfrowych

Ponieważ obwody cyfrowe są zbudowane z komponentów analogowych, takich jak rezystory, przekaźniki, tranzystory, diody, przerzutniki itp. Należy zauważyć, że te komponenty nie wpływają na zachowanie sygnału lub danych podczas działania obwodu cyfrowego. Poniżej przedstawiono problemy projektowe, które zwykle są obserwowane,

Z powodu nieprawidłowego zaprojektowania systemu mogą wystąpić problemy, takie jak usterki
Nieprawidłowa synchronizacja innego sygnału zegarowego prowadzi do metastabilności w obwodzie
Obwody cyfrowe obliczają częściej z powodu wysokiej odporności na zakłócenia.

Przykłady układów cyfrowych

Poniżej podano przykłady układów cyfrowych

Telefony komórkowe
Radia
Kalkulatory itp.

Zalety

Oto zalety

Dokładność i programowalność jest wysoka
Łatwe do zapisywania danych cyfrowych
Odporny na hałas
W jednym układzie scalonym można zintegrować wiele układów cyfrowych
Bardzo elastyczny
Wysoka niezawodność
Wysoka prędkość transmisji
Wysoce bezpieczny.

Niedogodności

Poniżej przedstawiono wady

Działają tylko na sygnałach cyfrowych
Zużywa więcej energii niż obwody analogowe
Odprowadzanie ciepła to coś więcej
Wysoki koszt.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono aplikacje

FAQs

1). Do czego służą obwody cyfrowe?

Obwody cyfrowe służą do wykonywania operacji logicznych Boole'a.

2). Jak działa obwód cyfrowy?

Obwód cyfrowy współpracuje z sygnałami dyskretnymi, które są reprezentowane w postaci binarnej zera i jedynki.

3). Jakie są podstawowe elementy układu cyfrowego?

Podstawowymi elementami układów cyfrowych są przerzutniki, diody, tranzystory, bramki itp.

4). Z czego wykonany jest obwód?

Obwód elektroniczny składa się z wielu elementów biernych i aktywnych, które są połączone przewodami przewodzącymi.

5). Wymień kilka przykładów komponentów aktywnych i pasywnych?

Przykładami elementów aktywnych są diody, układy scalone, lampy triodowe itp.
Przykładami elementów pasywnych są rezystor, kondensator, cewka indukcyjna, transformator itp.

6). Dlaczego używamy rezystora w obwodach?

Używamy rezystora w obwodzie, aby kontrolować przepływ prądu.

Obwód elektroniczny składa się z wielu elementów biernych i aktywnych, które są połączone przewodami przewodzącymi. Jest ich dwoje rodzaje obwodów są to obwód analogowy i obwód cyfrowy. Wejście do obwodu analogowego jest ciągłym zmiennym sygnałem, który dostarcza informacji o sygnale, takich jak prąd, napięcie itp. Sygnał wejściowy obwodu cyfrowego ma dyskretny format w dziedzinie czasu, który jest reprezentowany jako „0” i „1”. Zapewnia siłę sygnału, stosunek szumów, tłumienie itp. Właściwości sygnału cyfrowego. Główną zaletą stosowania układów cyfrowych jest to, że są one łatwe do wdrożenia i zrozumienia.